Hydrogen cryomagnetics
ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس ایک اصطلاح ہے جو برقی مقناطیسی کے گھومنے کو ٹھنڈا کرنے کے لیے کریوجینک مائع ہائیڈروجن کے استعمال کی نشاندہی کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ ہائیڈروجن کریو میگنیٹکس کا ایک اہم فائدہ یہ ہے کہ کم درجہ حرارت والے مائع ہائیڈروجن کو بیک وقت برقی مقناطیسی گھومنے کو ٹھنڈا کرنے کے لیے کریوجن کے طور پر اور توانائی کے کیریئر کے طور پر تعینات کیا جا سکتا ہے۔ یعنی جب ہائیڈروجن کو ایندھن اور کولینٹ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تو طاقتور ہم آہنگی کے فوائد پیدا ہونے کا امکان ہوتا ہے۔ ایندھن/کولینٹ کے ہم آہنگی کے بغیر بھی، ہائیڈروجن کریو میگنیٹکس سپر کنڈکٹنگ برقی مقناطیسی کو ٹھنڈا کرنے کے لیے ایک پرکشش آپشن ہے کیونکہ یہ تیزی سے کم ہوتے اور مہنگے مائع ہیلیم پر انحصار کو ختم کرتا ہے۔ ہائیڈروجن کریومیگنیٹک ایپلی کیشنز کے لیے ماہر ہائیڈروجن کولڈ برقی مقناطیسی کو تانبے یا سپر کنڈکٹر کا استعمال کرتے ہوئے زخم کیا جاتا ہے۔ مائع-ہائیڈروجن-ٹھنڈے تانبے کے زخم والے میگنےٹ پلسڈ فیلڈ میگنےٹ کے طور پر اچھی طرح سے کام کرتے ہیں۔ سپر کنڈکٹرز میں یہ خاصیت ہوتی ہے کہ وہ مسلسل اور بہت مؤثر طریقے سے کام کر سکتے ہیں کیونکہ برقی مزاحم نقصانات سے تقریبا مکمل طور پر بچا جاتا ہے۔ عام طور پر "ہائیڈروجن کریو میگنیٹکس" کی اصطلاح براہ راست یا بالواسطہ طور پر کریوجینک مائع ہائیڈروجن کے استعمال کی نشاندہی کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے، تاکہ برقی مقناطیسی گھومنے میں اعلی درجہ حرارت کی سپر کنڈکٹیویٹی کو فعال کیا جا سکے۔ ہائیڈروجن کریو میگنیٹکس خاص طور پر مفید ہے جہاں اعلی مقناطیسی میدانوں کی ضرورت ہوتی ہے، جیسے کہ ہائی ٹارک الیکٹرک موٹروں میں۔ ماحولیاتی دباؤ پر مائع ہائیڈروجن تقریبا 20.3 K (-259.3 °C) پر ابالتا ہے۔ اس طرح کے درجہ حرارت پر مائع ہائیڈروجن اس درجہ حرارت سے نمایاں طور پر ٹھنڈا ہوتا ہے جس پر سب سے پہلے اعلی درجہ حرارت کے اہم سپر کنڈکٹرز بشمول یٹریم بیریوم کاپر آکسائیڈ (وائی بی سی او) میں سپر کنڈکٹیویٹی کو متحرک کیا جا سکتا ہے، کیونکہ وائی بی سی او میں 93 کے کا سپر کنڈکٹنگ ٹرانزیشن درجہ حرارت (ٹی سی) ہوتا ہے۔ ٹی سی سے نیچے 70 کے سے زیادہ درجہ حرارت پر وائی بی سی او پر مبنی سپر کنڈکٹنگ میگنےٹس کا آپریشن سپر کنڈکٹیویٹی کے نقصان کے بغیر بہت زیادہ کرنٹ کثافت اور بہت زیادہ مقناطیسی شعبوں کے استعمال کی اجازت دیتا ہے۔ وائی بی سی او کی مادی خصوصیات ایسی ہیں کہ اسے ڈکٹائل تاروں میں نہیں بنایا جا سکتا حالانکہ تاروں کے بجائے ٹیپ کے استعمال کی بنیاد پر ہائی فیلڈ وائی بی سی او برقی مقناطیسی کی طرف کافی پیش رفت ہوئی ہے۔ ہائیڈروجن کریومیگنیٹک استعمال کے لیے موزوں ایک اور سپر کنڈکٹر میگنیشیم ڈائبورائڈ ہے۔ میگنیشیم ڈائبورائڈ ایک روایتی سپر کنڈکٹر ہے اور اسے لچکدار تاروں میں تیار کیا جا سکتا ہے جو اس کے ممکنہ استعمال کو آسان بناتا ہے، مثال کے طور پر، ٹوکامک فیوژن ری ایکٹروں میں۔ میگنیشیم ڈائبورائڈ کا منتقلی کا درجہ حرارت 39 K ہوتا ہے۔ جبکہ ماحولیاتی دباؤ پر مائع ہائیڈروجن میگنیشیم ڈائبورائڈ کو سپر کنڈکٹنگ حالت میں ٹھنڈا کرنے کے لیے کافی ٹھنڈا ہوتا ہے، ہائیڈروجن پر پمپ کرنے کے فوائد ہیں تاکہ اس طرح کے مقناطیسی گھومنے کے استعمال میں اس کے درجہ حرارت کو مزید کم کیا جا سکے (یہ اسی طبیعیات کا استعمال کرتا ہے جس میں کہا گیا ہے کہ مائع سے اوپر کے دباؤ کو کم کرکے پانی کے بوئنگ پوائنٹ کو کم کیا جا سکتا ہے، مثال کے طور پر دیکھیں)۔ عام طور پر کنڈکٹر درجہ حرارت اور سپر کنڈکٹنگ ٹرانزیشن درجہ حرارت کے درمیان فرق جتنا زیادہ ہوگا اتنا ہی بہتر ہوگا۔ مائع ہائیڈروجن کسی مقناطیس کو کرائیوجینک طور پر ٹھنڈا کرنے کا واحد طریقہ نہیں ہے، درحقیقت روایتی طور پر سپر کنڈکٹرز کو 4.2K پر مائع ہیلیم کا استعمال کرتے ہوئے ٹھنڈا کیا جاتا ہے اور روایتی کنڈکٹر پلسڈ میگنےٹس (بشمول تانبے) کے لیے 77K پر مائع نائٹروجن پر زیادہ توجہ دی گئی ہے۔ مائع ہائیڈروجن سے مائع نائٹروجن سے بہتر کارکردگی کی توقع کی جا سکتی ہے اور جیسا کہ ذیل میں بحث کی گئی ہے، مائع ہائیڈروجن ہیلیم کی دستیابی کے ارد گرد کئی خدشات سے بچتا ہے۔ ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس کے کسی بھی استعمال کے لیے ہائیڈروجن کی حفاظت پر محتاط غور و فکر کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس ایک تصور ہے جو پاور پلانٹ ٹربائنز میں کولینٹ کے طور پر اعلی درجہ حرارت والے گیس ہائیڈروجن کے استعمال سے الگ ہے۔ ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس کی اصطلاح پہلی بار ٹیکسٹ پینل میں استعمال کی گئی تھی جو پروفیسر ڈبلیو جے نٹل اور پروفیسر بی اے گلواکی کے ایک مضمون کا حصہ ہے جو جولائی 2008 میں نیوکلیئر انجینئرنگ انٹرنیشنل میں شائع ہوا تھا۔ اپریل 2010 میں مانچسٹر انگلینڈ میں منعقدہ انسٹی ٹیوٹ آف فزکس کانفرنس میں اس تصور کو واپس کر دیا گیا۔ پریزنٹیشن پروفیسر ڈبلیو جے نٹل نے پیش کی اور اس کے شریک مصنف پروفیسر بی اے گلواکی اور ڈاکٹر ایل برومبرگ تھے۔ اس اصطلاح کے سفر میں ہائیڈروجن کے ارد گرد ایندھن کے طور پر اور کولینٹ کے طور پر سوچنا بھی شامل تھا-سپر کنڈکٹیویٹی کے نقطہ نظر سے۔ کریوجینک کولینٹ کے طور پر مائع ہائیڈروجن پر پہلے سے متعلق غور میں گلوواکی اور شریک مصنفین کا 2005 اور 2006 کا کام شامل ہے۔ ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس کے تصور کو 2012، 2015 اور 2019 میں مزید وسعت دی گئی اور اس پر تبادلہ خیال کیا گیا۔ خصوصیات ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس کے ظہور سے مائع ہائیڈروجن میں مضبوط صنعتی دلچسپی کی ترقی سے فائدہ ہونے کی توقع کی جا سکتی ہے جس کی توقع دیگر وجوہات کی بناء پر کی جا سکتی ہے، بشمول عام ہائیڈروجن معیشت کی ترقی اور بلک ہائیڈروجن کی نقل و حمل اور ذخیرہ کرنے کی ضرورت۔ ہائیڈروجن معیشت کے ابھرنے میں عالمی دلچسپی بڑھ رہی ہے جس میں ہائیڈروجن ایک کم کاربن توانائی کا کیریئر ہے جو قابل تجدید ذرائع (گرین ہائیڈروجن) یا متبادل طور پر کاربن کیپچر اور اسٹوریج کے ساتھ قدرتی گیس سے حاصل ہوتا ہے (اسے بعض اوقات "بلیو ہائیڈروجن" کہا جاتا ہے)۔ جب پائپ لائنز دستیاب نہ ہوں۔ ہائیڈروجن مالیکیولز کی بلک ٹرانسپورٹ اور تقسیم کے لیے مائع ہائیڈروجن کا استعمال ہائی پریشر گیس سلنڈروں کے مقابلے میں زیادہ موثر پایا گیا ہے جب بڑی مقدار کو بڑے فاصلے پر منتقل کیا جاتا ہے۔ ہائیڈروجن (مائع یا گیس کے طور پر) برقی بیٹری ٹیکنالوجی کے مقابلے میں توانائی ذخیرہ کرنے کا ایک نظام ہے۔ ہائیڈروجن طویل ترین مدت میں ذخیرہ شدہ توانائی کی سب سے بڑی مقدار کے لیے بیٹریوں پر فتح حاصل کرتا ہے۔ ہائیڈروجن ایندھن کے خلیات نقل و حمل کی سب سے بھاری شکلوں جیسے ٹرینوں، ٹرکوں اور بسوں کے لیے بیٹری الیکٹرک ٹیکنالوجیز پر غالب ہیں۔ ہائیڈروجن ٹیکنالوجی بیٹری ٹیکنالوجی کے ساتھ مقابلہ میں ہے اور گیس ہائیڈروجن ٹیکنالوجی مائع ہائیڈروجن ٹیکنالوجی کے ساتھ مقابلہ میں ہے۔ جیسا کہ یہ مسابقتی قوتیں ادائیگی کرتی ہیں یہ بالکل ممکن ہے کہ مائع ہائیڈروجن کے لیے ایک مستحکم طویل مدتی اور بڑے پیمانے پر توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام اور بھاری گاڑیوں کے لیے ایندھن کے نظام کے طور پر ایک اہم کردار ابھرے۔ ایسے منظرناموں میں، مائع ہائیڈروجن کی پیداوار اور تقسیم کے ابھرتے ہوئے معاشی کردار سے کریومیگنیٹک ایپلی کیشنز میں ہائیڈروجن کے بعد کے استعمال کی بہت حمایت کی توقع کی جا سکتی ہے۔ ہیلیم کے مسائل سے بچنا سپر کنڈکٹنگ میگنےٹس کو ٹھنڈا کرنے کا روایتی طریقہ مائع ہیلیم (ماحولیاتی دباؤ ابلتے ہوئے نقطہ 4.2K) کا استعمال کرنا ہے۔ ہیلیم موجودہ قدرتی گیس کی صنعت کی ایک ضمنی پیداوار ہے اور اس کی اتار چڑھاؤ والی قیمت اور دستیابی حالیہ برسوں میں بہت تشویش کا باعث بنی ہے۔ استعمال کی بہتر کارکردگی اور فضلہ سے بچنے سے ہیلیم کی فراہمی میں اضافہ ہونے کی توقع کی جا سکتی ہے۔ اگر نیٹ زیرو کے سفر پر قدرتی گیس کو مرحلہ وار ختم کیا جائے تو مزید قدرتی گیس سے حاصل ہونے والے ہیلیم کے جاری رہنے کی توقع نہیں کی جا سکتی۔ ایسے شعبوں کا استعمال کرتے ہوئے ان ہیلیم کی ضرورت ہے جو ایسا کرنے کے لیے ہیلیم سے دور متبادل بن سکتے ہیں۔ وہ صارفین جو محفوظ طریقے سے ہائیڈروجن کرومیگنیٹکس میں تبدیل ہو سکتے ہیں وہ آپریٹنگ اخراجات میں نمایاں کمی دیکھ سکتے ہیں اور ہیلیم کی فراہمی کی کمی سے وابستہ خطرات سے بچ سکتے ہیں۔ بہتر برقی موٹرز بیسویں صدی میں برقی موٹر کی غالب قسم ایک انڈکشن موٹر تھی جس میں ضروری اندرونی مقناطیسی میدان پیدا کرنے کے لیے مضبوطی سے زخم والے تانبے کے تار کنڈلی کا استعمال کیا جاتا تھا۔ حال ہی میں، اور جزوی طور پر بیٹری الیکٹرک گاڑیوں میں ترقی کی وجہ سے، مستقل مقناطیسی موٹروں میں بہت زیادہ جدت آئی ہے۔ یہ نایاب زمینی معدنیات پر انحصار کرنے والے اعلی میدان کے مستقل مقناطیسوں پر انحصار کرتے ہیں۔ ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس تقریبا 20K پر مائع ہائیڈروجن کے ذریعے ٹھنڈی ہونے والی سپر کنڈکٹنگ انڈکشن موٹروں کا امکان فراہم کرتا ہے۔ اس طرح کا کریوجینک مائع کسی گاڑی (جیسے ہوائی جہاز، ٹرین، ٹرک، بس یا یہاں تک کہ کار) پر دستیاب ہو سکتا ہے اگر اعلی طہارت والا ہائیڈروجن جہاز میں موجود فیول سیل بجلی پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا جائے۔ مائع ہائیڈروجن-اعلی طہارت ہائیڈروجن کا ایک ذریعہ مائع ہائیڈروجن کے ٹینک سے نکلنے والی گیس کے انتہائی خالص اور صاف ہونے کی توقع کی جا سکتی ہے۔ ایک لحاظ سے مائع ہائیڈروجن کو آستین بنایا گیا ہے۔ فیول سیل الیکٹرک گاڑیوں کا توسیعی آپریشن، مثال کے طور پر، فیول سیل جھلی اور اتپریرک کو آلودگی سے بچانے کی ضرورت پر منحصر ہے۔ استعمال میں فیول سیل کے انحطاط کی بہت سی وجوہات ہو سکتی ہیں، لیکن اس کے باوجود ایندھن کی پاکیزگی (عام حالات میں اور ایندھن بھرنے والے آلات کی ناکامی کی صورت میں) ہائی پریشر ہائیڈروجن گیس ہینڈلنگ پر انحصار کرنے والے کسی بھی نظام کے لیے ایک بڑی تشویش کی توقع کی جا سکتی ہے۔ ممکنہ ایپلی کیشنز 2022 میں موجرراڈ اور ساتھی کارکنوں نے ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس کے مختلف ممکنہ ایپلی کیشنز کا جائزہ لیا ہے۔ کچھ ممکنہ ایپلی کیشنز ذیل میں درج ہیں۔ فیوژن انرجی اطلاق شدہ ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس کا تصور سب سے پہلے مقناطیسی طور پر محدود جوہری فیوژن کے سلسلے میں سامنے آیا۔ ڈبلیو جے نٹل نے 2004 میں تجویز پیش کی تھی کہ فیوژن انرجی کی تجارتی کاری بجلی کے بجائے بین الاقوامی تیل کمپنیوں کے ذریعے ہو سکتی ہے۔ تکنیکی اور معاشی وجوہات کی بناء پر فیوژن انرجی ہائیڈروجن معیشت کے لیے مائع ہائیڈروجن پیدا کرنے کا ایک قابل عمل ذریعہ ہو سکتا ہے جو آج کی مائع قدرتی گیس معیشت کی یاد دلاتا ہے۔ روایتی ٹوکامک فیوژن میں سپر کنڈکٹنگ میگنےٹس کو ٹھنڈا کرنے کے لیے بہت بڑی مقدار میں مہنگے اور نایاب مائع ہیلیم کی ضرورت ہوتی ہے۔ مائع ہیلیم روایتی نمونے میں ایک کلیدی قابل استعمال ہے۔ آج کی بین الاقوامی تیل کمپنیوں میں سے ایک کی ملکیت والی مستقبل کی فیوژن سہولت میں مائع ہائیڈروجن کی ممکنہ کثرت کو دیکھتے ہوئے ہیلیم پر انحصار کو ختم کرنے میں مدد کے لیے کریوجینک ہائیڈروجن کا استعمال کرنا فطری معلوم ہوگا۔ ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس میں ٹوکامک فیوژن توانائی کو آسان بنانے کی صلاحیت ہے۔ یہ خیالات ایک تصور کے طور پر اکٹھے ہوئے جسے 'فیوژن آئی لینڈ' کے نام سے جانا جاتا ہے جسے ڈبلیو جے نٹل، بی اے گلواکی اور آر ایچ کلارک نے تیار کیا تھا۔ فیوژن آئی لینڈ کے تصور کو 2008 اور 2021 میں مزید بیان کیا گیا تھا۔ میساچوسٹس میں کامن ویلتھ فیوژن سسٹمز مائع ہائیڈروجن درجہ حرارت پر ٹھنڈا ہونے والی سپر کنڈکٹنگ مقناطیسی ٹیکنالوجیز کو فعال طور پر تلاش کر رہا ہے۔ ہوا بازی ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس کے لیے ایک اور اہم موقع کم اخراج والی ہوا بازی میں مضمر ہے۔ ایئربس، رولز رائس اور ساتھی طیارے کے پروپلشن میں مائع ہائیڈروجن کے استعمال میں پیش پیش رہے ہیں۔ اپریل 2021 میں ایوی ایشن ویک میں لکھتے ہوئے، تھیری ڈوبوئس نے مشاہدہ کیا: "ایئربس نے سپر کنڈکٹنگ ٹیکنالوجی کے استعمال کے لیے ایک پرجوش مظاہرے کا پروگرام شروع کیا ہے۔ اس کا مقصد کارکردگی میں بڑی بہتری لانا ہے۔ یہ خیال روایتی وائرنگ کے ساتھ برقی پروپلشن فن تعمیر کو ڈیزائن کرنے کی دشواری اور مائع ہائیڈروجن کو سرد ذریعہ کے طور پر استعمال کرنے کے موقع دونوں سے پیدا ہوتا ہے۔ سپر کنڈکٹنگ مواد کو کریوجینک درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس ہائی ٹارک ایچ ٹی ایس پر مبنی برقی موٹروں کو چلانے کے لیے بجلی پیدا کرنے کے لیے ہائیڈروجن فیول سیل ٹیکنالوجی کے ہوائی جہاز کے استعمال کی اجازت دیتا ہے جو اعلی کارکردگی پر پروپیلرز یا ڈکٹڈ پنکھوں کو چلانے کے قابل ہیں۔ یورپی یونین کی مالی اعانت سے چلنے والا ایڈوانسڈ سپر کنڈکٹنگ موٹر ایکسپریمنٹل ڈیمنسٹریٹر (اے ایس یو ایم ای ڈی) پروگرام، 20 کلو واٹ/کلوگرام کے پاور ٹو ویٹ تناسب کے ساتھ 99 فیصد موثر سپر کنڈکٹنگ ہوائی جہاز کے انجن پر کام کر رہا ہے۔ ماسکو ایوی ایشن انسٹی ٹیوٹ کے محققین نے 5 میگاواٹ ہائیڈروجن کرومیگنیٹک ایرو انجن کے لیے ایک ڈیزائن تجویز کیا ہے۔ ہائیڈروجن کریومیگنیٹک سپر کنڈکٹنگ انڈکشن موٹرز کے استعمال سے حاصل ہونے والے فوائد سے پہلے ہی ہائیڈروجن مستقبل کے کم اخراج والے ہوا بازی کے ایندھن کے طور پر بہت زیادہ دلچسپی حاصل کر رہا ہے۔ ایئربس کا ایک فعال ہائیڈروجن پروگرام ہے جیسا کہ عالمی ہوا بازی میں دیگر بڑے صنعتی خدشات ہیں۔ دھاتی پروسیسنگ کی صنعت ہائیڈروجن کریومیگنیٹکس کے ابھرتی ہوئی کم اخراج والی اسٹیل کی صنعت کے ساتھ ممکنہ طور پر فائدہ مند ہم آہنگی کے روابط ہیں جیسا کہ سویڈن میں ایس ایس اے بی کے ذریعہ پیش کیا گیا ہے۔ ہائیڈروجن کو کوکنگ کوئلے کے متبادل کے طور پر تیار کیا جا رہا ہے تاکہ لوہے کی کچ دھاتوں کو کم کر کے پگ آئرن ('سمیلٹنگ') تیار کیا جا سکے۔ اس طرح کے مقاصد کے لیے ہائیڈروجن کا استعمال ہائیڈروجن اور اسٹیل بنانے کے درمیان روابط کو بہت مضبوط کرے گا۔ اس بات کو ذہن میں رکھتے ہوئے، اگر کسی فورج کو کریوجینک مائع ہائیڈروجن تک رسائی حاصل ہو تو ہائیڈروجن کریومیگنیٹک ٹیکنالوجی پر مبنی بڑے پیمانے پر مقناطیسی انڈکشن فورجنگ انتہائی اقتصادی طور پر پرکشش ہو سکتی ہے، خاص طور پر بلیٹ ہیٹنگ کے لیے۔ حوالہ جات کریوجینکس کریوجینکس